Pixel Detector Optoelectronics, Track Impact Parameter Calibration, Acceptance Correction Methods

摘要

Diese Arbeit beschreibt Verfahren, die insbesondere zur Messung von Top-QuarkEreignissen mit dem ATLAS Detektor am Large Hadron Collider (LHC) desCERN angewendet werden köonnen. Es wurden Beiträge zu drei wesentlichen Bereichenerbracht: dem Detektoraufbau und seiner Überprüfung, der Datenkalibrationund der ersten physikalischen Analyse.Der Pixel Detektor verfügt über etwa 80 Millionen Auslesekanäle und repräsentiertdamit mehr als 90% aller Auslesekanäle des ATLAS Detektors. Es wurdeeine Methode zur Anwendung eines optischen Reflektometers entwickelt, mitder die Unversehrtheit der Lichtwellenleiterkabel, die die auslesende Optoelektronikaußerhalb des Pixel Detektors mit derjenigen innerhalb verbinden, schnellgetestet werden kann. Damit wurde die Einsatzbereitschaft des Pixel Detektorsnach Produktion, Test und Installation dieser Ausleseelektronik (Back of CrateKarten) sichergestellt.Präzisionsmessungen erfordern eine sorgfältige Detektorkalibration. Hierzukann ein Verfahren beitragen, das die Spurstoßparameter von Monte Carlo (MC)Datensätzen an die Verteilungen von Daten anpaßt. Zunächst werden die Spur-undJetrekonstruktion sowie das -Tagging von Jets in ATLAS vorgestellt. DieStoßparameter von Spuren sind vor allem durch den innersten Detektor bestimmt,den Pixel Detektor. Die Genauigkeit der Spurstoßparameter hat großen Einflußauf die Resultate des -Taggings und damit auf die Selektion und Analyse vonTop Quark Ereignissen.Zu Anfang der Messungen wird es Abweichungen in den Stoßparameterverteilungenzwischen simulierten und realen Daten geben, z.B. weil die relativeAnordnung von Detektorteilen nicht genau genug bekannt ist. Auf die Spurenmit negativen Stoßparametern gestützt, die hauptsächlich von der intrinsischenDetektorauflösung abhängen, werden die Stoßparameter der simulierten Spurenangepaßt. Eine Implementierung im Athena Framework von ATLAS wurde aufgrundfehlender Kollisionsdaten mit zwei MC Top-Quark-Paar Datensätzen verschiedenerDetektorgeometrien getestet. Mit der verfügbaren Statistik lassen sichVerbesserungen bei der Übereinstimmung von simulierten mit (pseudo-) realenDaten für Spuren mit Stoßparametern kleiner als 0.4 mm bis zu einem Faktor von4 erreichen.Die Analyse der ersten Top-Quark Ereignisse dient sowohl der Kalibrationund Leistungsverbesserung des ATLAS Detektors als auch der Validierung bisherigerMessungen und der Überprüfung theoretischer Vorhersagen bei Energien,die nie zuvor erreicht wurden. Ein weiteres Verfahren gewichtet die Vorhersagenvon Monte Carlo Generatoren für Top-Quark Observablen, so daß sie mit Datenübereinstimmen. Bei Top-Quark Messungen lassen sich so systematische Unsicherheitenverringern, die durch unterschiedliche Modellierung zugrundeliegenderphysikalischer Prozesse verursacht werden. Zunächst werden alle Schritte der MCSimulation in ATLAS vorgestellt, von der Generierung eines Ereignisses über dieSimulation im Detektor bis zu seiner Rekonstruktion.Die Vorhersagen von fünf Monte Carlo Generatoren werden hinsichtlich der totalenSelektionseffizienz von semileptonischen Top-Quark-Paar Ereignissen verglichen.Diese Effizienzen weichen wie einige Verteilungen der Selektionsobservablenund des Transversalimpulses des hadronisch zerfallenden Top Quarks um bis zu20% voneinander ab. Das führt zu einer systematischen Unsicherheit der Messungaufgrund der Modellierung des zugrundeliegenden physikalischen Prozesses.Um diese Unsicherheit für die ersten Daten zu verringern, rewichtet das entwikkelteVerfahren die MC Ereignisse anhand einer einzigen gemessenen Verteilung:anhand des Transversalimpulses des hadronisch zerfallenden Top-Quarks. EineImplementierung und Anwendung im Athena Framework zeigt Verbesserungenvon bis zu einem Faktor 10, die systematische Unsicherheit in der totalenSelektionseffizienz fällt um mehr als den Faktor 4 von etwa 20% auf unter 5%.